Теория информации

УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ИК
_________________ Сонькин М.А.
«___»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины Теория информации
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 230100 Информатика и вычислительная техники
230400 Информационные системы и технологии
ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ Вычислительные машины, комплексы, системы и
сети; Геоинформационные системы
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА
КУРС 1 СЕМЕСТР 2
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
ПРЕРЕКВИЗИТЫ
КОРЕКВИЗИТЫ
бакалавр
2011 г.
4 кредита ECTS
Б2.Б1, Б2.Б3, Б2.Б4, Б3.Б2, Б3.В1
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
27 часов
27 часов
54 часа
54 часов
ИТОГО
108 часов
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
зачет
кафедра ВТ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ВТ
Марков Н.Г., профессор
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
Рейзлин В.И., доцент
Дмитриева Е.А., доцент
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
Осокин А.Н., доцент
2011г.
1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина «Теория информации» относится к числу дисциплин математического и естественнонаучного цикла направления 230100 «Информатика и вычислительная техника» и 230400 «Информационные системы и технологии».
Цель данной дисциплины – дать студенту теоретические основы измерения
информации, передачи информации, дискретизации и квантирования информации,
представления информации в человеко-машинных системах.
Дисциплина «Теория информации» определяет профессиональную подготовленность. Поставленные цели соответствуют целям (Ц1 - Ц3).
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина «Теория информации» (Б2.В3.1) является выборной математического и естественнонаучного цикла (Б2).
Для её успешного усвоения необходимы знания дифференциального и интегрального исчисления, базовых понятий физики (магнетизм, волны, оптика), информатики (алгоритмы, системы счисления), языка программирования высокого
уровня; умения применять эти знания для решения практических задач. Владеть
навыками работы на персональном компьютере.
Пререквизитами данной дисциплины являются дисциплины математического
и естественнонаучного цикла (Б2): «Информатика» (Б2.Б1), «Математика» (Б2.Б3),
«Физика» (Б2.Б4); профессионального цикла - «Программирование» (Б3.Б2); «Программирование на языке высокого уровня» (Б3.В1).
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Планируемыми результатами освоения дисциплины является способность
применять базовые и специальные знания в области современных информационных
технологий для решения инженерных задач (Р2).
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:
основы теории информации, методы эффективного и помехоустойчивого кодирования информации, методы аналого-цифрового преобразования сигналов, основные системы цветообразования, методы сжатия цифровых данных (З.2.2.1).
Уметь:
производить подсчет количества информации в сообщениях;
кодировать цифровые данные;
определять частоту квантования и число двоичных разрядов при аналогоцифровом преобразовании сигналов с заданными параметрами (У.2.2.1).
Владеть методикой эффективного кодирования по Хаффману; кодированием данных в помехоустойчивом коде Хэмминга (В.2.2.1).
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1.Универсальные (общекультурные):
- владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации (ОК-11 ФГОС);
владение навыками работы с информацией в глобальных компьютерных
сетях (ОК-13 ФГОС).
2. Профессиональные:
- Осваивать методики использования программных средств для решения
практических задач (ПК-2 ФГОС);
- способность инсталлировать программное обеспечение и подключать аппаратные средства информационных и автоматизированных систем (ПК-11
ФГОС).
-
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины:
1. Этапы обращения информации в автоматизированных системах.
Сообщения и информация. Восприятие информации. Передача информации. Спектральная и временная формы описания сигнала. Обработка информации. Представление информации. Замкнутость и разомкнутость информационных систем. Защита
информации
2. Измерение информации
Структурные меры количества информации. Статистическая мера количества
информации. Алгоритмическая мера количества информации.
3. Передача информации по каналу без помех.
Основные задачи, решаемые при передаче информации. Виды каналов передачи
информации. Механические каналы. Акустические каналы. Электрические каналы.
Радиоканалы. Оптические каналы. Концепция структурированных кабельных систем. Разделение каналов. Постановка задачи. Частотное разделение. Временное
разделение. Кодовое разделение. Фазовое разделение. Разделение по форме. Корреляционное разделение. Комбинированные методы разделения. Согласование характеристик сигнала и канала. Теоремы об неискажающих преобразованиях сигнала.
Обобщенная информационная модель канала. Понятие канала без помех. Пропускная способность дискретного канала без помех. Теорема Шеннона о кодировании
для дискретного канала без помех (без доказательства). Эффективное кодирование.
Классификация алгоритмов сжатия данных. Обобщенная оценка алгоритмов сжатия.
Алгоритм Хаффмена, алгоритм арифметического кодирования, алгоритм ЛемпелаЗива-Велча (LZW), сжатие исключением повторов, JPEG.
4. Передача информации по каналу с помехами.
Дискретный канал с помехами. Пропускная способность дискретного канала с помехами. Теорема Шеннона о кодировании для дискретного канала с помехами (без
доказательства). Методы повышения помехоустойчивости передачи и приема. Классификация помехоустойчивых кодов. Общие принципы использования избыточности в блоковых кодах. Связь корректирующей способности кода с кодовым расстоянием. Коды Хэмминга. Циклические коды. Код Боуза-Чоудхури-Хоквингема. Коды
для передачи информации по последовательным каналам связи (компьютерным сетям): Манчестер-II, AMI, BNZS, HDB3. Рекомендации по выбору помехоустойчивых кодов для конкретных условий применения.
5. Преобразование сигналов.
Основные понятия и определения. Квантование сигналов. Квантование по уровню.
Дискретизация по времени. Классификация методов дискретизации и восстановле-
ние сигналов. Выбор частоты отсчетов по теореме отсчетов. Модуляция сигналов.
Основные виды непрерывной модуляции. Демодуляция.
6. Представление информации.
Информационная модель. Методы формирования цветных изображений. Основные
системы цветообразования. Технические средства отображения информации, используемые в компьютерах.
4.2 Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения приведена
в таблице 1.
Таблица 1.
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела
Аудиторная работа (час.)
1. Этапы обращения информации в автоматизированных системах.
2. Измерение информации.
3. Передача информации по
каналу без помех.
4. Передача информации по
каналу с помехами.
5. Преобразование сигналов.
6 Представление информации.
Итого
СРС
(час.)
Коллокв.
Контр.р.
Итого
Лекции
4
Лаб. занят.
2
2
2
7
15
2
30
Контр. р.
5 контр. р.
4
52
6
10
16
Контр. р.
32
2 контр. р.
4
8
108
4
4
27
27
4
54
8
4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины
Таблица 2.
№
1.
Формируемые
компетенции
З.2.2.1
У.2.2.1
В.2.2.1
1
+
2
+
+
Разделы дисциплины
3
4
5
+
+
+
+
+
+
+
+
6
+
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В таблице 3 приведено описание образовательных технологий, используемых в данной дисциплине.
Таблица 3.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного обучения.
Обучение
на основе опыта
Опережающая самостоятельная работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Другие методы
+
Лаб. раб.
+
+
+
Пр. зан./
Сем.,
Тр*.,
Мк**
СРС
К. пр.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6. ОРГАНИЗАЦИЯ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
6.1 Самостоятельную работу студентов (СРС) можно разделить на текущую и
творческую.
Текущая СРС – работа с лекционным материалом, подготовка к лабораторным работам, опережающая самостоятельная работа;
самостоятельное изучение и сдача коллоквиумов по темам, излагаемым на лекциях
обзорно, изучение материала по рекомендованной литературе, мультимедийному
электронному учебнику, нахождение информации в Internet; подготовка к зачету.
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР) – поиск и анализ информации по современным системам связи, устройствам
представления информации.
6.2
Содержание самостоятельной работы студентов по модулю
Самостоятельная работа студентов заключается в изучении тем, вынесенных на
самостоятельное изучение: виды физических линий связи; методы организации
многоканальной передачи; демодуляция АМ-сигналов; современные технические
средства отображения информации.
6.3 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух
форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя:
контроль за своевременным и правильным выполнением лабораторных работ, сдачей и защитой отчетов; при выполнении лабораторных работ предусмотрен режим
тестирования знаний теоретического материала, который выполняется компьютером (режим “допуск”), пока студент не ответил на все поставленные вопросы, он не
допускается к выполнению лабораторной работы;
контроль усвоения теоретического материала - проведение контрольной работы.
По результатам текущего и рубежного контроля формируется допуск студента к
зачету. Зачет проводится в письменной форме и оценивается преподавателем.
6.4 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для самостоятельной работы студентов используются сетевые образовательные
ресурсы, представленные в сети Internet, сеть Internet для работы с Web-серверами
ведущих компьютерных фирм - производителей.
7. СРЕДСТВА (ФОС) ТЕКУЩЕЙ И ИТОГОВОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для организации текущего контроля полученных студентами знаний по данной дисциплине проводятся контрольные работы. Контрольная работа пишется в
течение 2-х академических часов по билетам. Каждый билет содержит 4 вопроса – 2
теоретических и 2 практических.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
1.
2.
3.
4.
5.
1.
2.
3.
4.
5.
 основная литература:
Акулов О.А., Медведев Н.В. Информатика: базовый курс: учеб. пособие для
студентов вузов, обучающихся по направлениям 552800, 654600 «Информатика и вычислительная техника»/ О.А.Акулов, Н.В.Медведев. 2-е изд., испр.
и доп. – М.: Омега-Л, 2005.
Острейковский В.А. Информатика: Учеб. для вузов/ В.А. Острейковский. – 3е изд., стер. М.: Высш.шк., 2005.
Дмитриев В.И. Прикладная теория информации. Учеб. пособие для студ. вузов по спец. “Автоматизированные системы обработки информации и управления” - М.: Высш. шк., 1989.
Темников Ф.Е. и др. Теоретические основы информационной техники. Учебное пособие для вузов / Ф.Е. Темников, В.А. Афонин В.И. Дмитриев 2-е изд.,
перераб. и доп. М.: Энергия, 1979.
Литвинская О.С. Основы теории передачи информации: учебное пособие/
О.С. Литвинская, Н.И. Чернышёв. – М.: КНОРУС, 2010.
 дополнительная литература:
Осокин А.Н., Каплинский К.В. Теория информации: лабораторный практикум. Томск: Изд. ТПУ,2000.
Осокин А.Н., Цыганков Ю.В. Исследование методов сжатия цветных изображений. Методические указания.- Томск, ТПУ, 2000.
Осокин А.Н. Смышляева И.Г. Программная реализация дискретного конусного преобразования алгоритма JPEG. Методические указания - Томск, ТПУ,
2000.
Шлихт Г.Ю. Цифровая обработка цветных изображений. - М., Издательство
ЭКОМ, 1997.
Муттер В.М. Основы помехоустойчивой телепередачи информации. - Л.
Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ие, 1990.
 программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1. Автоматизированная обучающая система “Алгоритм кодирования Хаффмана”. http://www.ce.cctpu.edu.ru/lab/huffman/index.html
2. Автоматизированная обучающая система “Корректирующий код Хэмминга”:
http://www.ce.cctpu.edu.ru/edu/df/ti/pri/lab2/index.html
3. Автоматизированная обучающая система “Циклический код БоузаЧоудхури-Хокмингема”: http://www.ce.cctpu.edu.ru/edu/df/ti/pri/lab3/index.html
4. Электронный учебник по дисциплине:
http://www.ce.cctpu.edu.ru/edu/df/ti/str_konf.html
10. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная часть лабораторных работ выполняется в компьютерном классе
(ауд. 403Б 10-го корпуса), оснащенном 10-ю компьютерами на базе процессоров
Intel Celeron.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлениям: 230100 «Информатика и вычислительная техника», 230400 «Информационные системы и технологии» и профилям подготовки
«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», «Геоинформационные системы».
Программа одобрена на заседании кафедры вычислительной техники
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).
Автор
Осокин А.Н.
Рецензент(ы)___________________